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Vorrichtung zum Fernanzeigen der Standhöhe einer Flüssigkeit oder
der Stellung eines beweglichen Körpers Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist
eine Vorrichtung zum Fernanzeigen der Standhöhe einer Flüssigkeit oder der Stellung
eines beweglichen Körpers, die mit Hilfe einer photoelektrischen Zelle arbeitet.
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Es sind bereits Vorrichtungen zum Anzeigen der Standhöhe einer Flüssigkeit
in einem Rohr unter Anwendung beleuchteter Zellen bekannt. So gibt es Vorrichtungen,
bei denen auf der einen Seite des Rohres mehrere der Höhe nach gestaffelte Lichtquellen
und auf der anderen Seite auf gleicher Höhe mit den Lichtquellen mehrere Zellen
angeordnet sind. Infolge der Brechung erreichen jedoch bei derartigen Vorrichtungen
die von einer Lichtquelle ausgesandten Strahlen die entsprechenden Zellen nur dann,
wenn das Rohr zwischen diesen Lichtquellen und der Zelle voll Flüssigkeit ist. Die
verschiedenen Zellen wirken hierbei parallel auf ein Amperemeter, und der von dem
Amperemeter angezeigte Strom muß natürlich je nach der Zahl der in einem bestimmten
Augenblick beleuchteten Zellen größer oder kleiner sein. Die Standhöhe wird also
von der Stärke des durch das Amperemeter gehenden Stromes abgeleitet, und es muß
demzufolge der folgende Nachteil auftreten.
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Wenn die Lampen neu sind, liefern sie ein starkes Licht und die beleuchteten
Zellen den Maximalstrom ; mit dem Altern der Lampen wird aber das Licht schwächer
und ebenso der Zellenstrom. Wenn die Vorrichtung mit neuen Lampen geeicht worden
ist, muß das Amperemeter falsche Angaben liefern, wenn die Lampen altern. Das Altern
der Zellen oder der die Lampen speisenden Stromquelle hat die gleichen Folgen.
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Die Vorrichtungen dieser Art gewährleisten demnach keinerlei Genauigkeit;
ihre technische Verwendung dürfte deshalb ausgeschlossen sein.
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Gemäß der Erfindung ist nun bei derartigen Vorrichtungen, bei denen
die Standhöhe auf ein Strahlenbündel wirkt, das eine Photozelle beeinflußt, zwischen
der Photozelle und mehreren elektrischen Lampen, die verschiedenen Standhöhen entsprechen,
ein in Abhängigkeit von der anzuzeigenden Standhöhe beweglicher Schirm derart angeordnet,
daß er nur das Licht einer Lampe oder höchstens zweier benachbarter Lampen auf die
Zelle fallen läßt.
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Mit einem Auswahlschalter kann man die Lampen einzeln einschalten
und so diejenige Lampe ermitteln, die in einem gegebenen Augenblick die Zelle beleuchtet.
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Gegenüber den bekannten Vorrichtungen besitzt die Vorrichtung gemäß
vorliegender Erfindung. Vorteile nach den verschiedensten Richtungen. So ist sie
unabhängig von der Natur und der Temperatur der Flüssigkeit; sie ist auch unabhängig
von der Entfernung
zwischen dem Behälter und der Meßstelle, wobei
die Entfernung die Meßgenauigkeit in keiner Weise verändert, gleichgültig ob es
sich um Meter oder Kilometer handelt; sie ist schließlich auch unabhängig von dem
im Bé hälter vorhandenen Druck. Fernerhin kann die Meßgenauigkeit so groß gemacht
werden, wie sie jeweils notwendig ist. Man kann eine völlig beliebige Anzahl von
Standhöhen anzeigen, von einigen wenigen oder einigen zehn (im Falle von Flugzeugen)
bis zu mehreren tausend oder hunderttausend. Hieraus ergibt sich die vielfache Verwendungsmöglichkeit
der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Beachtenswert ist auch die vollkommene Sicherheit, die bei Vorrichtungen
gemäß der Erfindung gewährleistet ist. Die Lampen kommen nämlich mit der Flüssigkeit
nicht in Berührung; es besteht auch bei Verwendung entzündlicher Flüssigkeiten keinerlei
Brandgefahr, es kann nämlich niemals im Innern der Vorrichtung ein Kurzschluß oder
eine Stromunterbrechung auftreten. Hierzu kommt, daß der Schwimmer der einzige bewegliche
Teil ist, wodurch gleichfalls die Sicherheit erhöht wird. Versager sind praktisch
ausgeschlossen; die Bedienung ist leicht und erfordert kein Fachpersonal.
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Wie weiter unten gezeigt wird, ist die Erfindung ganz allgemein zur
Fernanzeige der Stellung beweglicher Körper geeignet.
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In den Zeichnungen sind die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
beispielsweise dargestellt.
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Abb. 1 ist ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform.
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Abb. 2 ist ein Horizontalschnitt der Abb. I.
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Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform im Schnitt. Die Abb. 4 und
5 zeigen Einzelheiten.
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Abb. 6 stellt ein Schaltschema dar.
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Abb. 7 ist ein Schnitt des Betätigungsknopfes.
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Abb. 8 ist eine Vorderansicht dieses Knopfes und der Skala, die mit
ihm vereinigt ist.
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Bei der Ausführungsform der Abb. I und 2 enthält die Vorrichtung
ein mittleres Rohr a mit einer undurchsichtigen, lichtabsorbierenden inneren Wand
und eine Reihe Rohre b von geringerem Durchmesser mit einer gleichfalls undurchsichtigen,
in gewissen Fällen glänzenden inneren Wand, die rund um das mittlere Rohr parallel
und in Berührung mit dem letzteren angeordnet sind.
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Auf der Berührungslinie oder -oberfläche zwischen dem l ! Mittelrohr
und den Seitenrohren ist für jedes Seitenrohr ein kleiner, durchscheinender Oberflächenteil
cl, c2 ... c7 angebracht. Diese Teile C1, C2... C7 sind über das mittlere Rohr in
Höhen verteilt, die den Standhöhen, welche man angezeigt haben möchte, entsprechen,
und zwar vorzugsweise auf einer Schraubenlinie d, deren Steigung mit der höchsten
Flüssigkeitshöhe im Behälterf übereinstimmt. Das Mittelrohr kann aus undurchsichtigem
Stoff, z. B. Metall, bestehen und mit Löchern .1, e2... e7 versehen sein, die mit
den durchscheinenden Oberflächen .... . C7 der Rohre b zusammenfallen.
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Das Rohr a taucht in den Behälters ein, mit welchem es durch Löcher
g kommuniziert.
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Die Rohre b werden durch eine rohrförmige Manschette i zusammengehalten,
wobei die Achse senkrecht oder geneigt sein kann.
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Am unteren Ende des Mittelrohres ist eine photoelektrische Zellen
untergebracht. Das entgegengesetzte Ende des Mittelrohres ist geschlossen, es sind
jedoch Öffnungen j gleichmäßig über das Rohr a und die Manschette i verteilt, um
eine Verbindung nach außen zu ermöglichen, die für das Nachströmen der Luft beim
Sinken des Niveaus erforderlich ist.
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Am oberen Ende jedes einzelnen Seitenrohres b ist eine Lichtquelle
kl, k2, z. B. eine elektrische Lampe, vorgesehen.
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Die verschiedenen Lampen kl, k2... k7 werden von einer Stromquelle
I gespeist und durch einen Schalter m eingeschaltet, dessen Handgriff vor den den
verschiedenen Lampen entsprechendenPolen verschoben wird. Schließlich sind die Klemmen
der Zelle mit einem Mikroamperemeter oder einer anderen Strommeßvorrichtung verbunden.
Der Schalter und die Strommeßvorrichtung sind zusammen an der Stelle angebracht,
wo man den Flüssigkeitsstand im Behälter beobachten will, z. B. auf der Bordtafel
eines Flugzeugs, wenn es sich darum handelt, die in einem oder mehreren Tanks vorhandene
Brennstoffmenge zu kontrollieren.
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Anschlußmittel, wie z. B. ein oder mehrere Steckkontakte o, können
zwecks Abzweigung einer oder mehrerer anderer Meßarmaturen (Schalter, Meßvorrichtungen)
an jeder anderen Stelle, wo eine Beobachtung des Flüssigkeitsstandes von Belang
ist, vorgesehen sein.
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Schließlich ist es zweckmäßig, im Mittelrohr a einen Schwimmer p
von Kugel- oder Linsenform, der die Rolle des Schirmes übernimmt, und in den Rohren
b kleine Spiegel q1, q2 anzubringen, die das Licht der Lichtquellen k1. . k7 durch
die Öffnungen cl el, C2 e2... e7 e7 derart zurückstrahlen, daß es in das Mittelrohr
in Pfeilrichtung eintritt.
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Der Flüssigkeitsstand wird durch Betätigung des Handgriffes 7 » abgelesen.
Solange dieser Handgriff auf den Polen I bis 6 steht, befindet sich das Strahlenbündel
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, und die Zelle wird nicht beeinflußt. Wenn der
Handgriff über den Pol 7 hinaus rückt, beleuchtet die Lampe k7 die im Rohr a befindliche
Flüssigkeit, das
Strahlenbündel wird durch den Schwimmer p auf die
Zelle ii geworfen, die Nadel des Stromanzeigers schlägt aus. Auf diese Weise kann
man den Flüssigkeitsstand entsprechend der Stellung des Handgriffs ermitteln. Man
stellt dabei auf der elektrischen Meßvorrichtung so lange eine Stromanzeige fest,
als die Lampen derjenigen Seitenrohre eingeschaltet sind, deren durchscheinender
Oberflächenteil unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt.
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Fur die Seitenrohre, deren durchscheinender Oberflächenteil oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels liegt, tritt keine Stromanzeige ein.
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Man kann die photoelektrische Zelle auch im oberen Teil des Mittelrohres
unterbringen.
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In diesem Falle tritt eine Stromanzeige für die eingeschalteten Lampen
derjenigen Seitenrohre ein, deren durchscheinender Oberflächenteil oberhalb des
Flüssigkeitsspiegels liegt, während für die anderen Rohre die Stromanzeige ausbleibt.
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Man kann auch eine besondere Einrichtung, z. B. eine Kontrollampe,
vorsehen, mit deren Hilfe man sich darüber vergewissern kann, daß der Schaltstrom
und die photoelektrische Zelle normal arbeiten. Das Mittelrohr und die Seitenrohre
können als Ganzes durch jede andere Anordnung mit den gleichen, im folgenden bezeichneten
allgemeinen Eigenschaften ersetzt werden: Ein mittleres Rohr ist in einem Rohr von
größerem Durchmesser gleichachsig untergebracht. Scheidewände teilen den Raum zwischen
den beiden zylindrischen Oberflächen in Räume auf, die die Rolle von Seitenrohren
in der oben beschriebenen Weise spielen.
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Bei einer Ausführungsform ist die Zelle an einem Ende eines undurchsichtigen
Rohres untergebracht. Eine beliebige Lichtquelle, elektrische Lampe, fluoreszierender,
phosphoreszierender Stoff o. dgl., befindet sich am Ende eines anderen Rohres, das
ebenfalls undurchsichtig, parallel und in Berührung mit dem ersten Rohr angeordnet
ist.
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Auf der Berührungslinie oder -oberfläche sind an verschiedenen schrittweise
wechselnden Stellen, die den Standhöhen, welche man messen will, entsprechen, durchscheinende
Oberflächenteile vorgesehen.
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Die beiden Rohre sind nach unten offen und haben an ihrem oberen
Teil Verbindungsöffnungen nach außen.
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In jedem Rohr ist ein Schwimmer der vorbeschriebenen Art angeordnet.
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Die beiden Rohre, die Zelle, die Lampen und der Schwimmer tauchen
als Ganzes senkrecht oder geneigt in den Flüssigkeitsbehälter, dessen Flüssigkeitsstand
gemessen werden soll, ein. Die Zellen und Lampen befinden sich außerhalb der Flüssigkeit.
Die Zelle ist mit einer elektrischen Meßvorrichtung verbunden. Die Lampe wird von
einer elektrischen Stromquelle mit oder ohne Vermittlung eines Schalters gespeist.
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Es ergibt sich, daß das Anzeigen der mit der Zelle verbundenen Meßvorrichtung
um so wesentlicher ist, je höher der Flüssigkeitsspiegel in den Rohren steht.
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Man kann übrigens die Wirkung der photoelektrischen Zelle und demgemäß
auch den Ausschlag der Meßvorrichtung verstärken, indem man die Schwimmer mit rückstrahlenden,
in geeigneter Weise orientierten Oberflächen ausstattet. Man kann den Unterschied
zwischen den für jede Standhöhe gegebenen Anzeigen auch dadurch verstärken, daß
man durchscheinende Oberflächenteile verschiedener Größe vorsieht, die z. B. immer
kleiner werden, je mehr man sich dem Boden des Behälters nähert.
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Zum gleichen Ergebnis kommt man, wenn man über die ganze Länge der
Berührungslinie oder -oberfläche zwischen den beiden Zylindern einen durchscheinenden
Spalt anbringt, der die Form eines sehr spitzen Winkels hat, dessen Spitze nach
unten gerichtet ist.
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Es ist dann vorteilhaft, jeden Schwimmer derart einzurichten, daß
er den Lichtstrahl auf diesen Spalt zuleitet nach Rückstrahlung auf einen Spiegel
derart, daß die Lichtstrahlen nur durch einen durchscheinenden Abschnitt in Höhe
des Schwimmers in das andere Rohr gelangen können. Die Schwimmer werden durch eine
beliebige Führung in ihrer Richtung gehalten. Zu diesem Zweck kann man Rohre mit
quadratischem, rechteckigem u. dgl.
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Querschnitt verwenden.
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Der Erfindungsgedanke kann auch in folgender Weise ausgeführt werden:
Man verwendet nur ein Rohr, die photoelektrische Zelle ist an einem Ende untergebracht,
während das andere Ende offen ist.
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In der Nähe der photoelektrischen Zelle ordnet man in Richtung der
Rohrachse beliebige Lichtquellen an, ferner wird ein Schwimmer vorgesehen. Die Wirkung
auf die Zelle und dementsprechend auf die Meßvorrichtung, die an der Ablesestelle
angebracht ist, ist um so größer, je näher der Schwimmer, d. h. je höher der Flüssigkeitsspiegel
steht. Der Schwimmer kann natürlich mit einer rückstrahlenden Oberfläche überzogen
sein. Man kann den obenerwähnten Einzelschwimmer beispielsweise durch eine Reihe
um eine Horizontalachse beweglicher Oberflächen ersetzen, die unter dem Einfluß
der Flüssigkeit sich gegen die photoelektrische Zelle kehren; die Bewegung kann
z. B. durch einen Hohlraum erzeugt werden, der über einer der Kanten dieser Oberflächen
angeordnet ist.
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Dieser Raum spielt in Abwesenheit von
Flüssigkeit
die Rolle des Ballastes und hält die Oberflächen senkrecht. Beim Herankommen der
Flüssigkeit spielt er die Rolle eines Schwimmers und stellt die Oberfläche waagerecht.
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Wenn die oben beschriebenen Oberflächen um so kleiner werden, je
näher man dem unteren Teile des Rohres kommt, dann wird die Wirkung auf die Zelle
und demgemäß der Ausschlag des elektrischen Meßinstrumentes mit fallender Standhöhe
schwächer werden.
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Bei der Ausführungsform der Abb. 3 bis 8 besteht die Vorrichtung
aus einem Rohr 1, das mit dem Behälter durch eine oder mehrere kleine Öffnungen
o derart verbunden ist, daß der Flüssigkeitsspiegel nahezu unabhängig von gewöhnlichen
Stößen des Fahrzeuges wird, auf dem die Messungen ausgeführt werden. Die Öffnung
o reicht indessen dafür aus, um auch das kleinste Absinken des mittleren Flùssigkeitsstandes
mit Genauigkeit anzuzeigen.
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Im Innern des Rohres I befindet sich ein Schwimmer 2, dessen Stellung
vom zu messenden Flüssigkeitsspiegel 3 verändert wird.
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Außerdem ist eine Rolle 5 angeordnet, auf der sich ein Faden 4, der
mit dem erwähnten Schwimmer 2 in Verbindung steht, aufrollt.
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Diese Rolle spannt den Faden 4 in geeigneter Weise.
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Vor der Rolle 5 ist eine kleine Führungsrolle 6 angeordnet, die auf
einer Welle 7 verschiebbar sitzt. Die Backen 8 und 9 der Rolle 6 greifen in die
schraubenförmige Rinne IO in der Aufwickelrolle 5 ein.
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Auf diese Weise halten die Führungsrolle 6 und, die Aufwickelrolle
5 den Faden 4 vollkommen an der Stelle fest, wo er in die schraubenförmige Rinne
IO der Rolle 5 eintritt, wodurch eine sichere und wirksame Führung gewährleistet
ist.
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Die Rolle 5 rollt sich in einem der Aufsteigrichtung des Schwimmers
entsprechenden Sinne mit Hilfe einer Spiralfeder 12 auf, die auf die Welle I3 wirkt
und die mit Hilfe des Zahnrades I4, das in das Zahnrad 15 eingreift, auch die erwähnte
Rolle 5 betätigt.
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Das Zahnrad 14 ist mit einem kreisförmigen Schirm I6 vereinigt, der
auf der Welle I3 des Zahnrades sitzt. Das Verhältnis der Zahnräder 14 und 15 ist
derart, daß der Schirm I6 jedesmal eine vollständige Umdrehung macht, wenn der Flüssigkeitsspiegel'
3 vom tiefsten bis zum höchsten Punkt steigt.
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Ein fester Anschlag 17 und ein - Finger 18 am Schirm I6 verhindern
eine zu weite Drehung des letzteren derart, daß die gleiche Lampe 21 nicht bei zwei
entgegengesetzten Stellungen des Flüssigkeitsspiegels aufgedeckt werden kann.
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Der Schirm I6 besitzt ein Fenster 19, dessen Größe dem Zwischenraum
zwischen einer Lampe 2I und der folgenden entspricht. Der Schirm bewegt sich vor
einer Reihe von Zellen 20, von denen jede eine Lampe 21 enthält, deren Einschaltung
getrennt bewerkstelligt werden kann. Zu diesem Zweck sind alle Sockel der Lampen
21 durch einen gemeinsamen Draht 22 (Abb. 6) verbunden, während jeder der Mittelpole
der Lampen durch einen besonderen Draht 23 mit dem entsprechenden Pol 24 des Kreisschalters
25 derart verbunden ist, daß die Ordnung der aufeinanderfolgenden Lampen 21 die
gleiche ist wie die der aufeinanderfolgenden Pole 24, die mit den Lampen 2I verbunden
sind.
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Der Schalter mit den Polen 25 trägt eine Skala 26 (Abb. 7). Die Anbringung
dieser Skala kann derart erfolgen, daß die kleinen Unterschiede, die gegebenenfalls
durch die Schwankungen in der Fadenlänge entstehen können, ausgeglichen werden.
Zu diesem Zweck lockert man die Mutter 27 und schraubt sie wieder fest, wenn die
Regulierung der Skala einmal durchgeführt ist.
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Die Skala 26 zeigt die den verschiedenen Standhöhen entsprechende
Volumina unmittelbar an.
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Der Betätigungsknopf 28 trägt einen Zeiger 29, der sich über die
Skala 26 bewegt. Um, eine überflüssige Beanspruchung der Stromquelle 30 (Abb. 6)
zu vermeiden, wird der Betätigungsknopf 28 unten durch einen Hebel 3I gehalten.
Dadurch erhält der erwähnte Hebel 31 keinen Strom mehr, wogegen im Augenblick der
Betätigung des Knopfes 28 der Hebel 3I durch eine Berührung der Punkte 32 und 33
Strom erhält.
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Der Polschalter besitzt mehrere Ruhepole 34, 35, 36, und die Ableseskala
26 (Abb. 7 und 8) kann auf diese Weise nicht derart falsch angebracht werden, daß
man einen hohen Flüssigkeitsstand abliest, während in Wirklichkeit ein niederer
Stand vorliegt.
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Zu diesem Zweck wird die Ableseskala 26 mit einem Einschnitt37 (Abb.
8) versehen, und der Anschlag 38 verhindert das Überschreiten von Einstellungen,
jenseits derer eine Verwechselung zwischen den hohen und niedrigen Standhöhen des
Flüssigkeitsspiegels möglich wäre.
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Gegenüber den Lampen und jenseits des Schirmes befindet sich eine
photoelektrische Zelle 39, die mit einer Stromanzeigevorrichtung 40 verbunden ist,
welche im Gesichtsfeld der Person, der die Überwachung des Flüssigkeitsspiegels
obliegt, angeordnet ist.
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Der Ausschlag der Vorrichtung 40 zeigt an, daß die Stellung des Zeigers
29 der Standhöhe entspricht. Es genügt dann, die Ablesung von der Skala 26 vorzunehmen,
um die Menge des Flüssigkeitsvorrates kennenzulernen.
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Diese Vorrichtung hat vor allem den Vbrteil, daß der von den Lichtstrahlen
zwischen der Lichtquelle und der Zelle zurückzulegende Weg unveränderlich ist, gleichgültig,
welche Veränderungen die Standhöhe zeigt. Außer, dem hat die Vorrichtung noch folgende
Vor-) züge: I. Die. Anzeigen sind nicht dem Einfluß schneller Schwingungen des Flüssigkeitsspiegels
unterworfen.
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2. Der Stromverbrauch ist infolge der Anordnung des Knopfes 28, der
den Strom automatisch unterbricht, auf ein Minimum herabgesetzt.
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3. Die Einstellung nach Inbetriebnahme ist erleichtert.
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Es versteht sich von selbst, daß an den oben beschriebenen Ausführungsformen
Änderungen vorgenommen werden können, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird.
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Insbesondere zur Erhöhung der Anzeigegenauigkeit bei der Ausführungsform
der Abb. 3 bis 8 und um eine Standhöhenbestimmung entsprechend dem winkligen Zwischenraum
zwischen zwei benachbarten Lampen zu ermöglichen, kann man einen zweiten drehbaren
Schirm vorsehen, der mit einer zweiten Lampengruppe mit einer photoelektrischen
Zelle vereinigt ist, der aber mit Hilfe einer geeigneten mechanischen Verbindung
eine volle Umdrehung macht, wenn der erste Schirm sich um den Zwischenraum zwischen
zwei Lampen verschiebt.
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Selbstverständlich kann außerdem der Schwimmer 2 durch jeden anderen
beweglichen Körper ersetzt werden, ohne daß der Erfindungsgedanke verändert wird.
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Wenn man es an Stelle eines seine Lage durch Verschiebung verändernden
beweglichen Körpers, wie es bei dem Schwimmer der Fall ist, mit einem durch Drehung
angetriebenen beweglichen Körper zu tun hat, so kann dieser Körper unmittelbar mit
der Welle I3 verbunden sein.
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Die oben beschriebenen Vorrichtungen können in allgemeinster Weise
stets dann Verwendung finden, wenn es sich um die Fernanzeige des Standes eines
beweglichen Körpers handelt.
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PATENTANSPRCHE: I. Vorrichtung zum Fernanzeigen der Standhöhe einer
Flüssigkeit oder der Stellung eines beweglichen Körpers, bei welcher die Standhöhe
oder ein von der Stellung des beweglichen Körpers abhängiger Teil auf ein Strahlenbündel
wirkt, welches eine Photozelle beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Photozelle und mehreren elektrischen Lampen, die verschiedenen Standhöhen oder
verschiedenen Stellungen des beweglichen Körpers entsprechen, ein in Abhängigkeit
von der anzuzeigenden Standhöhe oder Stellung des Körpers beweglicher Schirm derart
angeordnet ist, daß er je nach seiner Stellung nur das Licht einer Lampe oder höchstens
zweier benachbarter Lampen auf die Zelle fallen läßt und daß ein an sich bekannter
Auswahl schalter vorgesehen ist, der es gestattet, die Lampen einzeln einzuschalten
und so diejenige Lampe zu ermitteln, die in einem gegebenen Augenblick die Zelle
beleuchtet.